Tesis sobre el tema "Modélisation de substitution"

Compte tenu des nouveaux aspects liés au développement environnemental et durable, les matériaux renouvelables d'origine végétale/animale sont devenus des alternatives à la paraffine. Ce travail concerne l’étude d'incorporation limitée de ces matières peu compatibles avec les procédés existants (remplissage, compression, extrusion). L’étude de l’incorporation des substituts dans le procédé de remplissage a été menée sur la base de leurs caractéristiques physique - chimiques. Pour optimiser l'incorporation de substituts, une méthodologie de plan d’expérience a été développée. Cette étude a mis en évidence l’ influence du traitement du substitut sur sa compatibilité avec la méthode de fabrication des bougies par remplissage. L’incorporation de substitut dans le procédé de compression des poudres a été étudiée dans des conditions de laboratoire similaires à celles pratiquées dans l'industrie de la bougie. La résistance à la rupture des bougies est apparue comme le paramètre clé de la qualité du produit fini. Le comportement des poudres à l’étape de réarrangement et la formulation constituent les facteurs les plus influents sur la résistance mécanique de la bougie. L'étude de la formulation dans le procédé d'extrusion a été réalisée afin de définir le(s) critère(s) de la matière pour assurer l’extrusion. Ce type de procédé exige l’utilisation de paraffines de haut e qualité ayant des propriétés mécaniques de résistance et de déformation élevées. Ce travail montre que la substitution des paraffines reste très complexe et dépend du type de procédé. Les interactions matière - procédé ont un impact important sur l’intégration du substitut, le plus compatible avec le procédé de remplissage
Taking into consideration the new aspects related to the environmental and sustainable development, renewable materials of plant / animal origin have become alternatives to paraffin . The aim of this work is to study the extent of incorporation of these materials poorly compatible with the existing processes (fillin g, compression, extrusion). The study of the incorporation of substitutes for the filling process was carried out on the basis of their different physical-chemical properties. To optimize the incorporation of substitute, an experimental design methodology has been developed. This study has shown the influence of the treatment of the substitute on its compatibility with the process of making candles by filling. The incorporation of substitutes in the powder compression process was studied under laboratory conditions similar to those practiced in the candle industry. Tensile strength of the candle was deduced as key parameter for the quality of the finished product. The behavior of the powders in the rearrangement step and the formulation show significant impact on the mechanical strength of the candle. The study of the formulation in the extrusion process was carried out in order to define the material factor (s) to ensure the extrusion. This type of process requires the use of high quality paraffins having hi gh mechanical strength and deformation properties. This work shows that the substitution of paraffins remains very complex and depends on the type of process. The importance of matter-process interaction impacts the integration of the substitute the most compatible with the filling process

La conception d'un système électrique de transport ferroviaire est une tâche complexe qui fait appel simultanément à des experts de domaines de compétence différents. Les constructeurs ferroviaires gèrent cette complexité ce qui leurs permet de fabriquer des équipements performants. Néanmoins, dans un marché global, tout gain méthodologique peut se traduire en avantage concurrentiel.

La conception systémique optimale de composant électrotechnique est abordée dans cette thèse. Une chaîne de traction électrique est choisie comme exemple représentatif d'un système complexe. La démarche et les outils sont mis en œuvre sur deux applications: la conception d'un moteur de traction et la conception simultanée de plusieurs composants clés.

Pour concevoir un moteur de traction, le cycle de fonctionnement et le comportement thermique transitoire sont primordiaux. La bonne adaptation du moteur à sa mission permet de réduire considérablement sa masse. L'approche multidisciplinaire est utilisée pour gérer les interactions entre modèles de disciplines différentes au sein d'un même processus d'optimisation. Suivant la méthode employée, le temps d'optimisation peut être réduit grâce à la répartition des taches par domaine physique et d'en paralléliser l'exécution. Des optimisations multiobjectif ont également été appliquées. Des fronts de Pareto sont obtenus malgré l'utilisation d'un modèle précis mais coûteux, le modèle éléments finis.

L'approche décomposition hiérarchique de la méthode "Target Cascading" est appliquée au problème de conception de la chaîne de traction. Le système et ses composants sont conjointement conçus. Cette méthode est bien adaptée à la démarche de conception optimale des systèmes complexes, tout en respectant l'organisation par produit de l'entreprise.

La réactivité de l’α-bromoacrylate d’éthyle et du benzylidène malonate d’éthyle vis à vis des dialkylzincs en milieu aérobie a été étudiée afin d’évaluer la capacité des radicaux α-alcoxycarbonyle tertiaires à évoluer par SH2 sur le métal pour conduire à un énolate de zinc. Le travail expérimental réalisé à partir de l’α-bromoacrylate d’éthyle a permis la synthèse de cyclopropanes et de céto-esters. Dans le cas des benzylidène malonates la réversibilité de l’addition du diéthylzinc sur le substrat, a été mise en évidence. L’effet inhibiteur d’additifs tels que TMSCl ou CuCl concourt à indiquer que les peroxydes de zinc formés dans le milieu pourraient y tenir un rôle clé. L’étude théorique a mis en évidence pour les 2 substrats étudiés, le rôle crucial de la stabilisation de l’énolate formé sous la forme d’un chélate à 5 ou 6 chaînons. Les carbozincations d’ynamides via le CuI ou le FeCl2 en présence de dialkylzincs ont été étudiées pour la synthèse régio-et stéréosélective d'énamides tri- ou tétrasubstitués. Le CuI s’est montré plus performant et moins substrat-dépendant que FeCl2. Une étude théorique a été réalisée afin de mieux comprendre ce phénomène. Enfin, l'addition intermoléculaire des radicaux sulfanyle sur les ynamides a été revisitée. Les calculs théoriques et les résultats expérimentaux montrent que la régio- et stéréosélectivité de la réaction dépendent de la nature du substituant porté par le carbone en β de l’atome d’azote et des conditions expérimentales. L’addition intermoléculaire inédite d’un radical carboné électrophile sur ces substrats a pu être décrite et ouvre de nouvelles perspectives quant à la synthèse d’énamides tétrasubstitués originaux
The reactivity of ethyl α-bromoacrylate and ethyl benzylidene malonate towards dialkylzincs in aerobic medium was studied in order to evaluate the capacity of tertiary α-alcoxycarbonyl radicals to undergo SH2 at zinc leading to a zinc enolate. The use of ethyl α-bromoacrylate allowed the synthesis of cyclopropanes and keto-esters. With the second substrate, the addition of the alkyl group was shown to be reversible. The inhibitor effect of additives like TMSCl or CuCl suggested that zinc peroxydes formed in situ could play a key role in the process. Theoretical studies highlighted the crucial role of the stabilization of the zinc enolate through the formation of a 5 or 6-membered chelate. Regio- and stereoselective synthesis of tri- and tetra-substituted enamides was achieved through the carbozincation of ynamides in the presence of dialkylzincs and CuI or FeCl2 as catalyst. CuI was shown to be more efficient and less substrate-dependent than FeCl2. Molecular modelings were performed to better understand this phenomen. Finally, intermolecular addition of sulfanyl radicals onto ynamides was revisited. Theoretical calculations and experimental results showed that the regio- and stereo-selectivity of the process depended on the nature of the substituent on the carbon in β position of the nitrogen atom and on experimental conditions. Unprecedented intermolecular addition of a carbon-centered radical has been described and opened new perspectives for the synthesis of original tetrasubstituted enamides

La réactivité de l’α-bromoacrylate d’éthyle et du benzylidène malonate d’éthyle vis à vis des dialkylzincs en milieu aérobie a été étudiée afin d’évaluer la capacité des radicaux α-alcoxycarbonyle tertiaires à évoluer par SH2 sur le métal pour conduire à un énolate de zinc. Le travail expérimental réalisé à partir de l’α-bromoacrylate d’éthyle a permis la synthèse de cyclopropanes et de céto-esters. Dans le cas des benzylidène malonates la réversibilité de l’addition du diéthylzinc sur le substrat, a été mise en évidence. L’effet inhibiteur d’additifs tels que TMSCl ou CuCl concourt à indiquer que les peroxydes de zinc formés dans le milieu pourraient y tenir un rôle clé. L’étude théorique a mis en évidence pour les 2 substrats étudiés, le rôle crucial de la stabilisation de l’énolate formé sous la forme d’un chélate à 5 ou 6 chaînons. Les carbozincations d’ynamides via le CuI ou le FeCl2 en présence de dialkylzincs ont été étudiées pour la synthèse régio-et stéréosélective d'énamides tri- ou tétrasubstitués. Le CuI s’est montré plus performant et moins substrat-dépendant que FeCl2. Une étude théorique a été réalisée afin de mieux comprendre ce phénomène. Enfin, l'addition intermoléculaire des radicaux sulfanyle sur les ynamides a été revisitée. Les calculs théoriques et les résultats expérimentaux montrent que la régio- et stéréosélectivité de la réaction dépendent de la nature du substituant porté par le carbone en β de l’atome d’azote et des conditions expérimentales. L’addition intermoléculaire inédite d’un radical carboné électrophile sur ces substrats a pu être décrite et ouvre de nouvelles perspectives quant à la synthèse d’énamides tétrasubstitués originaux
The reactivity of ethyl α-bromoacrylate and ethyl benzylidene malonate towards dialkylzincs in aerobic medium was studied in order to evaluate the capacity of tertiary α-alcoxycarbonyl radicals to undergo SH2 at zinc leading to a zinc enolate. The use of ethyl α-bromoacrylate allowed the synthesis of cyclopropanes and keto-esters. With the second substrate, the addition of the alkyl group was shown to be reversible. The inhibitor effect of additives like TMSCl or CuCl suggested that zinc peroxydes formed in situ could play a key role in the process. Theoretical studies highlighted the crucial role of the stabilization of the zinc enolate through the formation of a 5 or 6-membered chelate. Regio- and stereoselective synthesis of tri- and tetra-substituted enamides was achieved through the carbozincation of ynamides in the presence of dialkylzincs and CuI or FeCl2 as catalyst. CuI was shown to be more efficient and less substrate-dependent than FeCl2. Molecular modelings were performed to better understand this phenomen. Finally, intermolecular addition of sulfanyl radicals onto ynamides was revisited. Theoretical calculations and experimental results showed that the regio- and stereo-selectivity of the process depended on the nature of the substituent on the carbon in β position of the nitrogen atom and on experimental conditions. Unprecedented intermolecular addition of a carbon-centered radical has been described and opened new perspectives for the synthesis of original tetrasubstituted enamides

L’AgCdO est l’un des matériaux de contact parmi les plus répandus dans le monde du fait de ses excellentes propriétés. Cependant, étant donné la présence de Cadmium dans celui-ci, il sera bientôt totalement interdit par des directives européennes d’ordre environnementales. Trouver un matériau ne contenant pas de Cadmium et ayant au moins d’aussi bonnes propriétés est donc la clé du projet. Le phénomène d’érosion du matériau de contact suite à l’impact d’un arc électrique joue un rôle de premier ordre dans la fiabilité et la durée de vie des dispositifs de commutation de puissance. Celui-ci influe en effet sur les propriétés du matériau et affecte ainsi le fonctionnement du dispositif de commutation de puissance. Dans ce contexte, nos axes de recherche ont été les suivants. Avant tout, et ce afin de mieux comprendre le comportement à l’érosion suite à l’impact d’un arc électrique de l’AgCdO (matériau de contact utilisé actuellement dans l’industrie aérospatiale) et celui de l’AgSnO2 (candidat potentiel au remplacement de l’AgCdO), des essais ont été réalisés en soumettant les dispositifs de commutation de puissance à différents nombres de décharges. Ensuite, un modèle macroscopique permettant de prédire l’érosion d’un matériau suite à l’impact d’un arc électrique, valable pour faibles et forts courants, a été développé. Ce modèle décrit le processus complet de coupure et donne la quantité totale de matériau érodé suite à une opération de commutation. En parallèle, des essais ont été réalisés sur des dispositifs de commutation de puissance AgCdO à forts courants (0 -> 1000 A) afin de valider ce modèle d’érosion. Les propriétés matériau les plus influentes sur le processus d’érosion ont ensuite été déterminées à l’aide de ce modèle. Enfin, une étude ab initio portant sur les effets d’un changement de composition locale du matériau sur ses propriétés identifiées comme influentes sur le processus d’érosion a été réalisée. Ainsi, l’ensemble de ces travaux permettront de conclure sur des directives dans l’élaboration du matériau de contact qui remplacera l’AgCdO, objectif principal de ces travaux de recherche
AgCdO is one of the most widely used contact materials in the world because of its outstanding performance. Nevertheless, due to environmental considerations, it will soon be completely forbidden by European environmental directives. Therefore, finding a good substitute is of crucial importance. Electrical arc erosion plays a crucial role in the reliability and life of power switching devices. Depending on the contact material’s behavior in response to an electrical arc, surface damage can induce severe changes in contact material properties that will impact the power switching device’s functioning. Consequently, electrical arc effects and consequences on the contact material surface are of first importance. In this context, we have focused our research activities on the following axes. First of all, in order to better understand AgCdO (Current contact material in aerospace industry) and AgSnO2 (Potential candidate to AgCdO substitution) arc erosion behaviors, arc erosion experiments, where the power switching devices have been subjected to different numbers of arc discharges, have been realized. Further, a general macroscopic electrical contact arc erosion model valid for low and high currents was developed. To compare model results to experimental data, this model describes the complete breaking process of electrical contacts and gives the total amount of material removed after one breaking operation. In parallel, arc erosion experiments on AgCdO power switching devices have been conducted at high currents (0 -> 1000 A) in order to validate the arc erosion model. Next, using the general arc erosion model, the properties having the greatest influence on the electrical arc erosion process have been determined through simulations on silver contact material. At this stage, ab initio calculations were needed to obtain ranges of variation of certain silver contact material properties. Finally, an investigation of the trends of changing local contact material composition of AgSnO2 on these identified material properties was performed. This study was based on ab initio calculations for two different oxide compositions of AgSnO2. These will allow us to give directions to aid the design of a good substitute for AgCdO, and therefore, to complete the main objective of this research work

La simulation numérique est un outil indispensable pour la résolution de problèmes électromagnétiques. Le temps de calcul ainsi que la précision des résultats dépendent du niveau de description utilisé et des dimensions électriques du problème analysé. Dans le cas de figure où il est nécessaire de modéliser un environnement électriquement grand, l'emploi de méthodes classiques comme la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD) se heurte à des difficultés en termes de temps de simulation. Cet aspect devient particulièrement problématique quand l'analyse doit être menée pour plusieurs valeurs d'un ou plusieurs paramètres définissant le problème étudié. Face à cette variabilité et afin d'éviter la multiplication de simulations coûteuses, Il est nécessaire d'opter pour des méthodes appropriées. Les travaux de cette thèse sont consacrés au développement d'une nouvelle approche permettant de résoudre de manière efficace l'aspect variable rencontré dans un problème multiéchelle. Cette nouvelle méthode issue de l'association de la FDTD à Grille Double (DG-FDTD) avec un modèle de substitution se nomme la MM-DG-FDTD (Macro-Modèle basé sur la DG-FDTD). L'emploi de la DG-FDTD vise à traiter l'aspect multi-échelle en divisant le problème étudié en sous-volumes FDTD possédant chacun ses propres paramètres de simulation. L'utilisation d'un modèle de substitution rapide construit en peu de simulations électromagnétiques permet de remplacer rigoureusement et rapidement la dernière simulation de la DGFDTD. Après avoir validé le bon fonctionnement du modèle de substitution sur des cas simples, une utilisation de la MM-DGFDTD est effectuée sur deux applications inscrites dans deux contextes : la dosimétrie numérique et le couplage entre antennes. La première propose d'estimer la valeur du champ électrique à l'intérieur de l'oeil gauche d'un modèle de corps humain. Ce dernier est soumis au rayonnement électromagnétique d'une antenne localisée sur un véhicule. Cette étude est effectuée pour un grand nombre de positions du corps autour du véhicule. La seconde application consiste à évaluer la valeur du coefficient de transmission entre deux antennes ULB (Ultra-Large Bande). La position de l'antenne de réception évolue au sein d'un grand environnement. Pour ces deux études, la MM-DG-FDTD montre sa capacité à donner des résultats rapides et précis en comparaison d'une utilisation classique de la DG-FDTD
Numerical modelling is an essential tool for solving electromagnetic problems. The computation time and the accuracy of the results depend on the description level used and electrical dimensions of the analyzed problem. When it is necessary to model an electrically large environment, the use of conventional methods such as the finite difference time domain (FDTD) face difficulties in terms of simulation time. This becomes particularly problematic when the analysis must be carried out for several values of one or more parameters defining the studied problem. Considering this variability aspect and in order to avoid multiplication of costly simulations, it is necessary to choose suitable methods. This thesis aims to develop a new approach to solve effectively the variable feature encountered in some multi-scale problems. This new method called the MM-DG-FDTD (MacroModel based Dual Grid-FDTD) results from the association of the Dual Grid- FDTD (DG-FDTD) method with a substitution model. The use of the DG-FDTD permits to treat multiscale aspect dividing the studied problem into FDTD sub-volumes. Each step has its own simulation parameters. The fast substitution model built in few electromagnetic simulations replaces in a rigorous and efficient way the last expensive DG-FDTD simulation. The proper operation of the substitution model is firstly validated using simple cases. Next, a use of the MM-DG-FDTD is performed on two applications belonging to two contexts: numerical dosimetry and antennas coupling. The first one proposes to estimate the value of the electric field inside the left eye of a human body model. It receives electromagnetic radiation from an antenna located onboard a vehicle. This study is carried out for a large number of positions of the body around the vehicle. The second application is to assess the value of the transmission coefficient between two UWB (Utra-Wide Band) antennas. The position of the receiving antenna changes in a large environment. For both studies, MM-DG-FDTD shows its ability to give fast and accurate results compared to a classic use of the DG-FDTD

L'oxydation et l'auto-inflammation de quatre carburants issus de la biomasse ont été étudiées dans des réacteurs adaptés à leurs réactivités, à haute pression et dans un large domaine de température. L'auto-inflammation du biogaz purifié (CH4 + H2) et du gaz de synthèse (CO + H2) a été étudiée en tube à choc à 10 bar entre 1200 et 2000 K. Elle se fait en un seul stade sans coefficient négatif de température ni de flamme froide. La cinétique d'oxydation du méthanol a été étudiée dans un réacteur parfaitement agité à 10 bar entre 700 et 1200 K. L'influence des oxydes d'azote (NOx) sur la cinétique d'oxydation du méthanol a également été étudiée. En présence de NOx l'oxydation du méthanol est accélérée. L'analyse et la quantification des produits de combustion ont permis de construire et de valider un modèle thermocinétique composé de 39 espèces et 170 réactions. L'oxydation et l'auto-inflammation du diméthyléther ont été étudiées en machine à compression rapide de 600 à 900 K et de 1,7 à 8,3 bar. L'effet de NO2 sur l'oxydation du diméthyléther a également été étudié. La formation de méthanoate de méthyle a été mise en évidence durant ce travail. Le diméthyléther présente une phénoménologie d'autoinflammation en deux stades avec coefficient négatif de température et flammes froides. Les délais d'autoinflammation mesurés en présence de NO2 sont plus courts. La base de données expérimentales établie à partir des résultats de cette étude a permis de mettre à jour un modèle thermocinétique de l'oxydation et de l'autoinflammation du diméthyléther. Le nouveau modèle a été validé sur des mesures obtenues en machine à compression rapide, tube à choc et réacteur parfaitement agité.

L’utilisation des Produits Résiduaires Organiques (PRO) par l’agriculture peut permettre de substituer une partie des engrais minéraux et augmenter les niveaux de matière organique des sols. Elle peut également générer des pollutions azotées via la lixiviation de nitrate ou des émissions gazeuses. Mieux connaitre le devenir du carbone (C) et de l’azote (N) après applications de PRO sur les sols agricoles contribue à améliorer les bénéfices de cette pratique et à en limiter les impacts environnementaux. Cette thèse a pour objectif: (i) de prédire les dynamiques du C et du N en cas d’applications de PRO sur les sols agricoles, (ii) d’étudier les effets de scenarios d’apports de PRO sur les stocks de carbone dans les sols, la substitution des engrais azotés et les pollutions azotées dans le contexte du territoire de la Plaine de Versailles, en prenant en compte la diversité des sols, de leurs teneurs en C et des successions culturales, (iii) d’améliorer ces bénéfices à l’échelon du territoire via une distribution optimale des PRO. Le modèle CERES-EGC a été utilisé pour simuler les effets de 13 ans d’apports de PRO sur les dynamiques de C et de N dans le système sol-plante-atmosphère de l’expérimentation QualiAgro, située au cœur du territoire d’étude. Le sous-modèle NCSOIL a été paramétré à partir de cinétiques de minéralisation de C et N mesurées en conditions contrôlées de laboratoire. Le transfert de ces paramètres dans CERES-EGC a permis de simuler correctement les évolution des stocks de carbone dans les sols, les rendements et les prélèvements de N par les cultures ainsi que l’évolution des stocks de N minéral dans les sols. Les dynamiques de minéralisation de C et N des 18 PRO disponibles sur le territoire ont été déterminées. NCSOIL a été paramétré à partir des caractéristiques analytiques et des résultats de fractions biochimiques des PRO. Les types de sol du territoire n’ont pas impacté significativement le paramétrage. Les PRO ont été classés selon 4 types : (1) composts stables, (2) composts moins matures restant plus réactifs et les fumiers stables, (3) des fumiers très réactifs correspondant à des fumiers de chevaux, (4) des PRO très réactifs tels que des boues et des fientes pouvant plutôt être utilisés comme fertilisants. De nombreux scenarios d’apport de PRO, contraints par les flux de phosphore et de N apportés, ont été simulés sur 20 ans dans tous les contextes de sols, successions culturales et teneurs en C organique des sols du territoire. Le type de sol a impacté le plus le stockage de C et les lixiviations de nitrate tandis que les successions culturales étaient prépondérantes sur la substitution des engrais. Des composts ont permis de stocker 1.1 t C ha- 1 an-1 allant jusqu’63% du C apporté. Des substitutions de 74 kg N ha-1 an-1 ont été atteintes avec une boue mais aussi un compost en prenant en compte la substitution des engrais liée aux augmentations de matière organique dans les sols. La substitution des engrais a pu atteindre plus de 90% du N apporté par les PRO, ceci étant lié aux arrières-effets sur le stockage de matière organique dans les sols et dépendant des hypothèses de calcul de la substitution des engrais azotés. Un modèle d’optimisation a été développé pour sélectionner les scenarios d’apports de PRO pour chaque ilot du territoire (sol x succession de culture x teneur en C organique initiale x surface) tenant compte de la disponibilité des PRO et avec pour objectif de maximiser le stockage de C ou les substitutions en engrais azotés ou de minimiser la lixiviation de nitrate au niveau du territoire. En apportant préférentiellement les PRO les plus stables sur les sols à fort potentiel de stockage de C (fortes teneurs en argile et calcaire), jusqu’à 0.47 t C ha-1 an- 1 pourrait être stocké. En appliquant préférentiellement les PRO fertilisants sur les successions à maïs, et les PRO amendants sur les successions à colza jusqu’à 53 kg N ha-1 an-1 de N de synthèse pourrait être économisés
The use of Exogenous Organic Matter (EOM) in agriculture could be an efficient way to substitute mineral fertilisation and increase soil organic matter (SOM) enhancing soil fertility and storing carbon (C). It could also cause nitrogen (N) pollutions such as nitrate leaching and gas emissions. Better understanding of C and N fate after EOM applications on cropped soils would allow improving these benefits while limiting environmental impacts. This thesis aims at: (i) predicting EOM impacts when applied on cropped soils, (ii) studying the effects of various scenarios of EOM applications in terms of C storage, synthetic N saving and N pollutions in the context of the Plain of Versailles region (221 km²) and taking into account soil diversity, crop successions and soil organic C contents, (ii) studying the potential for improving these benefits at the regional scale with an optimal distribution of EOM. The CERES-EGC crop model was used to simulate the effects of repeated applications of EOM over 13 years on both soil C and N dynamics in the soil-crop-water-air system of the long-term field experiment QualiAgro located within the region. The sub-model NCSOIL was parameterised from C and N mineralisation kinetics of EOM measured in laboratory conditions. When transposing the parameters into the CERES-EGC model, C storage at the field scale was well simulated, together with crop N uptake and yields, as well as soil mineral N contents. The kinetics of C and N mineralisation of the 18 EOM available in the region were used along with EOM biochemical fractionations for parameterising the NCSOIL model. The soil type did not significantly change EOM parameters. Four groups of EOM were distinguished based on their C and N dynamics: (i) stable composts, (2) more reactive and less mature composts and stable manures, (3) manures with reactive OM corresponding to horse manures and (4) very reactive EOM as sludges, litters that should be used as fertilisers. Numerous scenarios of EOM applications, constrained on the phosphorus and N quantities they bring (and limiting the input in trace elements), were simulated for 20 years in all regional contexts of soil, crop successions and soil organic C contents. The soil type was the main factor controlling C storage and N leaching while it was crop successions for N saving. Some composts allowed C storage up to 1.1 t C ha-1 yr -1 reaching 63% of C applied. N saving of 74 kg N ha-1 yr -1 were possible with a dried sewage sludge and a compost. N substitution could reach more than 90% of N applied with EOM, these high percentages being related with the indirect effect of EOM on soil OM and the hypothesis made for N substitution An optimisation model was developed to select EOM application scenario for each crop plot (soil x crop succession x initial soil OC content x area) accounting for EOM availability in the region with the objectives of maximising C storage or synthetic N saving or minimising N leaching at the regional scale. Applying preferentially the most stable EOM on soils with the highest potential for C storage i.e. with the highest calcareous and clay contents, up to 0.47 t C ha-1 yr-1 could be stored. Applying preferentially fertilising EOM on crop succession with maize and amending EOM on succession with rapeseed, up to 53 kg N ha-1 yr -1 could be saved

L'objectif de cette thèse est de fournir des méthodes et outils numériques dédiés à la conception préliminaire de systèmes multi-physiques, avec une attention particulière quant à l'évaluation des transferts thermiques mis en jeu dans les actionneurs et les systèmes électriques embarqués. Ce besoin émane de la recherche industrielle actuelle menant au développement de l'avion plus électrique ("More Electrical Aircraft " - MEA), qui met en œuvre de nouvelles technologies de systèmes embarqués où la gestion thermique de tels dispositifs est primordiale. Dans un premier temps, cette thèse propose une méthodologie basée sur l'analyse dimensionnelle et les modèles de substitution pour générer des modèles analytiques à partir de simulations éléments finis. De plus, une méthodologie de génération de plans d'expériences optimaux adaptée à l'utilisation du formalisme adimensionnel est également proposée. Dans un deuxième temps, deux approches numériques permettant de réduire le nombre de variables adimensionnelles d'un problème et d'étudier leur significativité physique sont proposées. La première approche utilise l'analyse de sensibilité d'une façon originale pour mettre en avant la significativité des nombres adimensionnels du problème considéré. La deuxième approche fait appel à des algorithmes d'optimisation pour réduire le nombre de variables adimensionnelles d'un problème. Enfin, les méthodes proposées ont été appliquées avec succès pour modéliser les composants d'un actionneur électromécanique d'aileron (moteur électrique de type brushless, carter mécanique), et d'un convertisseur de puissance électrique (condensateur, inductance, dissipateur) utilisé dans le contexte aéronautique
The objective of this thesis is to develop methods and tools dedicated to the preliminary design of multi-physical systems, with a particular attention to the thermal modelling of actuators and embedded electrical systems. This need arises from the current industrial research which led to the More Electrical Aircraft program (MEA), which deals with new technologies of embedded systems where the thermal management of such devices is essential. First of all, this thesis proposes a methodology based on dimensional analysis and surrogate modelling technique to generate analytical models from finite element simulations. Furthermore, a methodology for constructing optimal design of experiments intended for building surrogate models using dimensionless variables is also proposed. Finaly, two numerical approaches which enable to reduce the number of dimensionless variables of a problem and to study their physical significance are proposed. The first approach uses sensitivity analysis in an original way to highlight the physical significance of the dimensionless numbers for a considered problem. The second approach uses optimization algorithms to reduce the number of dimensionless variables. In the second part of the thesis, the proposed methods were successfully applied to model several components of an electromechanical actuator (EMA) of an aileron (electrical brushless motor, mechanical housing, etc.), and of a power converter (capacitor, inductance, heatsink) used in an aeronautical context

L'optimisation joue un rôle essentiel dans la conception industrielle, mais ne se limite pas à la minimisation d'une simple fonction, comme le coût ou la résistance. Ces outils sont également utilisés dans les phases conceptuelles, pour mieux comprendre ce qui est possible. Pour soutenir cette exploration, nous nous concentrons sur les algorithmes de diversité de qualité (QD), qui produisent des ensembles de solutions variées et performantes. Ces techniques nécessitent souvent l'évaluation de millions de solutions, ce qui les rend peu pratiques dans les cas de conception. Dans cette thèse, nous proposons des méthodes pour améliorer radicalement l'efficacité des données de la QD avec l'apprentissage machine, permettant son application à la conception. Dans notre première contribution, nous développons une méthode de modélisation des performances des réseaux neuronaux évolués utilisés pour le contrôle et la conception. Les structures de ces réseaux se développent et changent, ce qui les rend difficiles à modéliser - mais grâce à une nouvelle méthode, nous sommes en mesure d'estimer leurs performances en fonction de leur hérédité, améliorant ainsi l'efficacité des données à plusieurs reprises. Dans notre deuxième contribution, nous combinons l'optimisation basée sur un modèle avec MAP-Elites, un algorithme QD. Un modèle de performance est créé à partir de modèles connus, et MAP-Elites crée un nouvel ensemble de modèles en utilisant cette approximation. Un sous-ensemble de ces conceptions est évalué pour améliorer le modèle, et le processus se répète. Nous montrons que cette approche améliore l'efficacité de MAP-Elites par des ordres de grandeur. Notre troisième contribution intègre des modèles générateurs dans MAP-Elites pour apprendre des codages spécifiques à un domaine. Un auto-codeur variationnel est formé sur les solutions produites par MAP-Elites, capturant la "recette" commune pour une haute performance. Ce codage appris peut ensuite être réutilisé par d'autres algorithmes pour une optimisation rapide, y compris MAP-Elites. Tout au long de cette thèse, bien que notre vision se concentre sur la conception, nous examinons les applications dans d'autres domaines, comme la robotique. Ces avancées ne sont pas exclusives à la conception, mais servent de travail de base à l'intégration de la DQ et de l'apprentissage machine
Optimization plays an essential role in industrial design, but is not limited to minimization of a simple function, such as cost or strength. These tools are also used in conceptual phases, to better understand what is possible. To support this exploration we focus on Quality Diversity (QD) algorithms, which produce sets of varied, high performing solutions. These techniques often require the evaluation of millions of solutions -- making them impractical in design cases. In this thesis we propose methods to radically improve the data-efficiency of QD with machine learning, enabling its application to design. In our first contribution, we develop a method of modeling the performance of evolved neural networks used for control and design. The structures of these networks grow and change, making them difficult to model -- but with a new method we are able to estimate their performance based on their heredity, improving data-efficiency by several times. In our second contribution we combine model-based optimization with MAP-Elites, a QD algorithm. A model of performance is created from known designs, and MAP-Elites creates a new set of designs using this approximation. A subset of these designs are the evaluated to improve the model, and the process repeats. We show that this approach improves the efficiency of MAP-Elites by orders of magnitude. Our third contribution integrates generative models into MAP-Elites to learn domain specific encodings. A variational autoencoder is trained on the solutions produced by MAP-Elites, capturing the common “recipe” for high performance. This learned encoding can then be reused by other algorithms for rapid optimization, including MAP-Elites. Throughout this thesis, though the focus of our vision is design, we examine applications in other fields, such as robotics. These advances are not exclusive to design, but serve as foundational work on the integration of QD and machine learning

L’analyse de vulnérabilité sismique est essentielle en ingénierie pour évaluer la sensibilité des structures aux séismes, permettant ainsi de réduire les risques en identifiant les faiblesses des infrastructures. Facteurs tels que les conditions du sol et la dégradation des matériaux influencent la réponse structurelle, accentuant la vulnérabilité face aux événements sismiques. L’analyse de vulnérabilité, appliquée à des structures individuelles ou à des zones urbaines, informe les pratiques de conception, l’aménagement du territoire et les politiques de gestion des risques. Les infrastructures critiques, comme les hôpitaux et les barrages, nécessitent une évaluation rigoureuse pour garantir leur résilience pendant et après les séismes. Dans le chapitre 2, l'analyse statique non linéaire (NSA) est explorée pour simuler la réponse des structures aux forces sismiques. La NSA, par sa simplicité computationnelle, génère des courbes de capacité révélant les déformations inélastiques et la résistance résiduelle, facilitant ainsi les évaluations de performance. Ce chapitre met également en évidence l'importance de la flexibilité du sol et de la corrosion. Le modèle de Winkler est utilisé pour simuler l'interaction sol-structure, montrant comment les sols plus mous amplifient les déformations et augmentent la vulnérabilité sismique. Un modèle de corrosion uniforme démontre que la dégradation réduit la capacité des structures, rendant nécessaire la prise en compte de ces facteurs dans l’évaluation de la fragilité. Le chapitre 3 propose les modèles de substitution comme alternative aux simulations de Monte Carlo pour développer des courbes de fragilité. Ces courbes estiment la probabilité d’atteindre un état de dommage en fonction de l'intensité sismique, mais les méthodes traditionnelles sont coûteuses en calculs. Le modèle PC-Kriging (PCK), présenté dans ce chapitre, capte efficacement les événements rares, combinant l’expansion en chaos polynomial et le Kriging pour une représentation détaillée des réponses structurelles. Cette méthodologie optimise le temps de calcul, rendant l’évaluation de la fragilité plus accessible dans des contextes d’évaluation de risques. Le chapitre 4 approfondit l’évaluation de la fragilité sismique en intégrant la relation structure-sol et la corrosion. L’inclusion de ces facteurs complexes, souvent négligés, permet une représentation réaliste des comportements structurels. La méthodologie de substitution active, notamment le modèle PCK, permet d’intégrer ces paramètres sans coûts prohibitifs, offrant une vue plus complète de la vulnérabilité. Par exemple, dans des sols mous, la probabilité d’échec augmente, surtout sous des séismes de faible intensité fréquents. Cette avancée méthodologique assure des évaluations de fragilité précises et soutient une prise de décision en ingénierie sismique. En conclusion, cette recherche représente une contribution majeure à l’évaluation de la fragilité sismique, démontrant l’importance de la flexibilité du sol et de la corrosion. Les modèles de substitution offrent une approche efficace et précise, optimisant les ressources de conception et de maintenance pour renforcer la résilience des infrastructures face aux séismes. Cette thèse doctorale met en lumière le rôle fondamental de l'interaction sol-structure et de la corrosion, remettant en question l’hypothèse conventionnelle de base fixe et offrant une perspective intégrée sur la sécurité des structures dans les zones sismiques
Seismic fragility analysis is essential in engineering to assess structural responses to earthquakes, helping reduce infrastructure vulnerability by identifying weaknesses and environmental factors, like soil conditions and material degradation, which impact immediate and long-term resilience. Fragility analysis provides a comprehensive framework, applicable from individual buildings to urban zones, guiding design and risk management strategies. Chapter 2 introduces nonlinear static analysis (NSA) to evaluate structural behavior under seismic loads, generating capacity curves that represent structures' ability to withstand seismic forces. Additionally, the chapter addresses critical factors like soil-structure interaction and corrosion degradation. Using the Winkler model, soil flexibility is simulated, showing how softer soils amplify seismic deformations. A uniform corrosion model reveals that degradation reduces structural stiffness, emphasizing the need to include both factors in fragility evaluations. Chapter 3 explores surrogate models as an alternative to Monte Carlo simulations for generating fragility curves, which estimate the likelihood of specific damage states based on seismic intensity. The PC-Kriging (PCK) model accurately and efficiently captures rare events, combining polynomial chaos expansion with Kriging, making it well-suited for practical applications. Chapter 4 presents an advanced approach to seismic fragility by integrating soil-structure interaction and corrosion. These factors, traditionally omitted, offer a more realistic view of structural responses under seismic loads. The PCK model enables detailed and computationally feasible assessments of various seismic and degradation scenarios, overcoming limitations of conventional methods. In conclusion, this research enhances seismic fragility assessment by combining nonlinear modeling, degradation factors, and computational efficiency through surrogate models. The study highlights the importance of soil flexibility and corrosion in evaluations. This methodology enables precise, practical assessments, optimizing design and maintenance resources, thereby boosting structural resilience to earthquakes

L'objectif de cette etude etait de mieux comprendre et maitriser les proprietes thermochromes de vo2, oxyde presentant une transition de phase semi-conducteur-metal a tt=341 k (68c), substitue faiblement par le tungstene (w6+). Chaque echantillon de v1-xwxo1 a ete caracterise par diffraction de rayons x et de neutrons, par meb, par atd et par spectroscopie infra-rouge. Les composes definis v2wo6 et vwo4 ont ete synthetises. Pour 0,050,33 la solution solide desordonnee est obtenue. Au-dela de x=0,33 et pour des temperatures inferieures a 1000c, des melanges diphases apparaissent. A partir de mesures par diffraction de neutrons sous pression, nous avons determine les coefficients de compressibilite anisotrope: pour les phases semiconductrices et metalliques. Ces mesures nous ont ensuite ete utiles pour interpreter les effets steriques des cations stables en substitution. A partir de modeles deja existants, nous avons propose une nouvelle description permettant de justifier la structure monoclinique et le comportement elastique observe. La structure monoclinique est ainsi directement deduite d'un systeme de liaisons localisees v-v et semi localisees v-o=v au sein des chaines d'octaedres deformes. Les oxydes substitues v1-xwxo2 pourraient donc etre d'excellents candidats a des applications comme filtre electronique ou optique, actifs a partir d'une temperature fixee et modulable en fonction de la composition

L'etude des principaux modeles econometriques de demande d'energie et l'analyse de leur capacite a representer les comportements de substitution conduit a developper des modeles de demande derivee, caracterises par une approche formalisee en termes de fonction de production. La presentation des proprietes et des limites des formes fonctionnelles flexibles (translog, leontief generalisee, quadratique generalisee et fourier), instruments particulierement bien adaptes a l'etude des relations de substituabilitecomplementarite entre facteurs de production, constitue le cadre theorique retenu. Les applications fournissent une comparaison empirique des performances des specifications developpes ainsi qu'une analyse des substitutions energetiques intervenues dans le secteur industriel des principaux pays de l'ocde sur la periode 1960-1988
The survey of main energy demand econometric models and the analysis of their ability to represent substitution behaviour lead to develop derived energy demand models. These models are characterized by a formalized approach in terms of production functons. The study of the properties and the limits of flexible functional forms (translog, generalized leontief, generalized quadratic and fourier) is developed. These tools are specially well-adapted to the analysis of substituability-complementarity relationships between inputs. Applications provide an empirical comparison between these four flexible forms as well as an estimate fo interfuel substitutions within the industrial sector of major oecd countries over the last three decades

L'étude de l'adsorption et de la mobilité des ions dans les argiles est importante pour mieux appréhender de nombreux processus géochimiques et environnementaux, de même que pour prédire le comportement des radionucléides dans les conditions du stockage géologique. A cause de leurs tailles très petites (< 2μm), il n'est pas toujours évident d'étudier les argiles à l'aide des méthodes et techniques expérimentales existantes. L'une des alternatives à ce problème consiste alors à utiliser la modélisation moléculaire pour les étudier. En plus de leurs tailles fines, les argiles présentent également des structures complexes, qui peuvent survenir en raison de la multiplicité de possibilités de distributions et d'arrangements des substitutions isomorphiques dans leurs couches. Il a été clairement démontré qu'il existe une corrélation entre la distribution des substitutions dans les couches des argiles et les propriétés de ces dernières. En revanche, ceci reste à démontrer en ce qui concerne l'arrangement de ces substitutions dans les couches de l'argile. Dans ce travail, la modélisation moléculaire est utilisée pour déterminer et comparer les propriétés d'hydratation, ainsi que la structure et la mobilité des ions (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Ni²⁺, UO₂²⁺) et de l'eau dans l'espace interfoliaire de trois modèles de montmorillonite, différents entre eux par l'arrangement des substitutions isomorphiques dans les couches de l'argile.L'adsorption et la diffusion des cations cités plus haut et de l'eau sont également étudiées à la surface de la montmorillonite et les résultats sont comparés à ceux obtenus dans l'espace interfoliaire à 298 K et à 363 K. Les résultats obtenus dans ce travail s'accordent bien avec les observations expérimentales, et font ressortir une corrélation plus ou moins importante entre le modèle d'argile utilisé et le type de propriété calculée. Cette corrélation dépend également de la nature du cation présent dans la structure de la montmorillonite et de sa teneur en eau.

Ce mémoire de thèse traite de la modélisation des écoulements et du transport dans les milieux poreux fracturés, avec deux applications : l'intrusion saline dans les aquifères côtiers et l'écoulement dans la zone non saturée fracturée. Les principaux objectifs sont d'améliorer l'efficacité et la précision des modèles numériques afin de renforcer leur capacité à traiter des situations réelles de terrain. Une partie importante est consacrée au développement de solutions semi-analytiques pour l'intrusion d'eau de mer avec le modèle d'écoulement densitaire. Ces solutions sont utiles à des fins d'analyse comparative et de compréhension des processus physiques. Une technique robuste d’analyse de sensibilité avec un modèle de substitution est également développée pour étudier les incertitudes liées aux fractures sur l'intrusion saline. Une autre partie du mémoire décrit un schéma numérique efficace élaboré pour la simulation des écoulements variablement saturés dans les domaines fracturés. Ce nouveau schéma est utilisé pour étudier l'effet du changement climatique sur les ressources en eau souterraine dans un système fracturé au Liban
This work addresses the numerical modeling of flow and mass transport in fractured porous media with a focus on two applications: seawater intrusion in coastal aquifers and flow in the fractured vadose zone. The main objectives of this work are to improve the efficiency and accuracy of numerical models to enhance their capacity in dealing with real-world studies. A significant part is dedicated to the development of semi-analytical solutions for seawater intrusion with the variable density flow model. These solutions are useful for benchmarking purposes and understanding the physical processes. An appropriate and robust technique based on surrogate modeling is also developed to investigate the uncertainties related to fractures on seawater intrusion. An efficient numerical scheme is developed for the simulation of variably saturated flow in fractured domains. The new developed scheme is used to investigate the effect of climate change on groundwater resources in a karst aquifer/spring system in Lebanon

La maladie de Gaucher (MG) est une maladie génétique lysosomale rare se compliquant d'événements osseux [EO] (ostéonécrose, infarctus osseux, fracture pathologique) non prévisibles. Certains biomarqueurs sont modifiés (augmentation de chitotriosidase, de l'enzyme de conversion de l'angiotensine, de la ferritine, des phosphatases acides tartrate-résistante et diminution des plaquettes). Elle bénéficie de traitements spécifiques. Une analyse de 62 patients traités a montré que les EO survenaient avant et sous traitement ; les biomarqueurs ont été modélisés (modèles mixtes) et l'impact des pentes et des valeurs au début du traitement ont été testés sur les EO. Un focus sur la ferritine, a montré que les autres paramètres du bilan martial restaient normaux (chez 72 patients) et a décrit, pour la première fois, la ferritine glyscosylée (abaissée) chez 25 patients atteints de MG. Deux atteintes spécifiques ont été décrites : 10 patients ayant une maladie de Parkinson et 42 enfants, en s'intéressant spécifiquement aux EO. Nous avons mis en place et labellisé le Registre Français de la MG en 2009. L'analyse épidémiologique de tous les cas de MG en France a identifié 562 patients enregistrés au total ; 378 ont eu un suivi (90 décès, 46 cas de gammapathie monoclonale) ; 283 un suivi dans les 2 dernières années ; la probabilité de survenue du premier EO à 10 ans : 20. 3% (14. 1% - 26. 5%) et 19. 8% (13. 5% - 26. 1%), respectivement avant et sous traitement. Ces travaux devraient se poursuivre par l'utilisation de la modélisation des biomarqueurs sur les patients du registre pour tenter de trouver des éléments prédictifs des EO
Gaucher disease (GD) is a rare genetic lysosmal disorder, which may be complicated by bone events [BE] (avascular necrosis, bone infarct, pathological fracture). Some biomarkers are modified (increased chitotriosidase, angiotensin converting enzyme, ferritin, tartrate-resistant acid phosphatase and decreased platelets levels). GD has available specific treatments. An analysis of 62 patients showed that BE occurred before and during treatment; biomarkers have been modeled (using mixed models) and the impact of slope and values at treatment onset were tested on BE. A particular interest has been focused on the ferritin, showing that other iron parameters remained normal (in 72 patients) and describing glycosylated ferritin in 25 patients with GD (decreased) for the first time. Characteristics of two specific complications have been described: the characteristics of 10 patients with Parkinson's disease (and 49 patients in other publications); BE incidence in 42 children with GD was analyzed (6 had BE at diagnosis and 32 during follow-up). We developed and labeled the French GD Registry in 2009. Epidemiological analysis of ail cases of GD in France identified 562 patients registered, including 378 with follow-up (90 deaths, 46 monoclonal gammopathy) and 283 with current follow-up. BE occurred before (130 BE in 67 patients), but also during treatment (60 BE in 41 patients) with respective frequencies (95% CI) of 20. 3% (14. 1% - 26. 5%) and 19. 8% (13. 5% - 26. 1%) at 10 years, respectively. These studies should continue with use of biomarkers modeling on patient registry to try predict BE

La maladie de Gaucher (MG) est une maladie génétique rare. Différents biomarqueurs sont altérés et les patients présentent également des événements osseux (EO). Un traitement enzymatique substitutif est disponible. Pour analyser l'évolution des biomarqueurs, des modèles non linéaires à effets mixtes sont utilisés et pour la survenue d'EO des modèles à fragilité. Ces modèles nécessitent des méthodes d'estimation particulières que nous avons évaluées par simulation. Nous avons comparé l'algorithme SAEM implémenté dans Monolix à la quadrature de Gauss adaptative (AGQ) implémenté dans SAS pour des modèles à fragilité. Nous avons aussi évalué les puissances du test de Wald et du test du rapport de vraisemblance d'une covariable binaire. Puis nous avons évalué l'algorithme SAEM pour des modèles joints de données longitudinales et d'événements répétées ainsi que la puissance des tests à détecter le lien entre les données longitudinales et les événements répétés. Les résultats obtenus pour l'estimation des paramètres nous donnent peu de biais et pour les modèles de fragilité des résultats comparables entre SAEM et AGQ. Nous avons réalisé une description épidémiologique du registre français de la MG. Sur le groupe de patients traités, nous avons décrit l'évolution des biomarqueurs sous traitement par un modèle physiopathologique et avons analysés la survenue des EO répétés. Le lien entre les biomarqueurs et la survenue des EO a été évalué. Le fait d'avoir un EO avant traitement multiplie par trois le risque sous traitement. Nous allons poursuivre ces travaux par l'utilisation du modèle développé afin d'individualiser les posologies du traitement
Gaucher disease (GD) is a rare genetic disease. Different biomarkers are altered and patients also have bone events (BE). An enzymatic substitution treatment is available. To analyze the evolution of biomarkers, nonlinear mixed effects models are used and, for BE, frailty models. Those models require specific estimation methods that we assessed by simulation. For frailty models, we compared SAEM algorithm implemented in Monolix to the adaptative Gaussian quadrature (AGQ) implemented in SAS. We also evaluated the powers of the Wald test and the likelihood ratio test of a binary covariate. We then evaluated SAEM algorithm for joint models of longitudinal data and repeated events and evalue the power to detect the link between longitudinal data and repeated events. Results obtained for the estimation of parameters give us few biases and, for frailty models, results are comparable between SAEM and AGQ. We performed an epidemiological description of the French registry of GD. In treated patients, we used a pathophysiological model to describe the evolution of biomarkers under treatment and we analyzed the occurrence of repeated BE. We tested the link between biomarkers and the occurrence of BE. To have a BE before treatment increased three-fold the risk during treatment. We will continue this work with the use of the model we developed to individualize treatment doses

L'inventeur du moteur à combustion interne à allumage par compression, l’allemand Rudolf Diesel était mû par la volonté de remplacer la machine à vapeur fonctionnant au charbon par un moteur alimenté par des carburants d'origine fossile avec un rendement plus élevé et aussi plus propre. Ces considérations demeurent d'actualité aujourd'hui plus qu'hier. La volonté du législateur en matière de respect de l'environnement a obligé l'industrie automobile à se pencher sur d’autres sources d’énergie moins polluantes ou autres que les hydrocarbures et aussi sur l'optimisation des moteurs de nos véhicules. Dans l'attente de la généralisation de motorisations encore moins polluantes (moteurs fonctionnant à l’hydrogène, pile à combustible, véhicule électrique...etc.), les moteurs alimentés par des carburants de substitution représentent une alternative intéressante au moteur fonctionnant avec les carburants conventionnels (essence et carburant diesel). L'objectif de cette thèse consiste à évaluer le potentiel d'utilisation du gaz naturel et d’hydrogène à l’état pur et en mélanges dans les moteurs à combustion interne, ainsi que le potentiel du moteur à combustion externe. Le sujet de recherche abordé dans cette thèse marque le début d'une collaboration entre trois équipes de recherche de trois universités: l’Université de Québec à Trois Rivières, Canada, l’Université Polytechnique de Kharkov, Ukraine et l’Université Nationale de l’Automobile et des Ponts et chaussées de Kharkov, Ukraine. Lors de mon premier stage qui s’est déroulé à l’Université Polytechnique de Kharkov, la recherche était axée sur l’utilisation de l’hydrogène à l’état pur dans les moteurs à combustion interne et sur l’élaboration d’un modèle d’optimisation du moteur à combustion externe. Un modèle mathématique de la phase combustion-détente dans un moteur fonctionnant à l’hydrogène a été réalisé et des tests sur un nouveau concept de moteur à combustion externe ont été effectués. Au cours du deuxième stage qui a eu lieu à l’Université Nationale de l’Automobile et des Ponts et chaussées de Kharkov, l'aspect expérimentation du moteur constituait la ligne directrice parallèle au premier stage. Ainsi, tests et calculs ont été réalisés pour un moteur fonctionnant avec du gaz naturel à l’état pur et un autre alimenté par un mélange gaz naturel/hydrogène. Ainsi, une méthode de calcul de la composition d'équilibre des produits de combustion du moteur à gaz à l'aide de la méthode Zeldovitch-Polarny a été élaborée et comparée avec les données expérimentales. Des tests expérimentaux d’un moteur à gaz converti à partir d’un moteur Diesel ont été réalisés et un modèle mathématique basé sur le modèle de Wiebe avec le calcul précis du paramètre de la combustion m a été élaboré. On a réalisé aussi des tests sur un moteur à gaz naturel avec ajout constant d’hydrogène et élaboré des cartographies pour le système de gestion avec microprocesseur de ce même moteur. Une approche analytique basée sur le modèle de Wiebe a été élaborée et des tests sur un moteur à petite cylindrée fonctionnant avec le mélange du gaz naturel comprimé et d'hydrogène ont été réalisés. Cette thèse est le fruit de travaux résultant de ce partenariat et constitue la fondation d'un axe de recherche porteur qui sera certainement poursuivi. The inventor of the compression ignition engine, German Rudolf Diesel was motivated by the desire to replace the coal fueled steam engine by an engine running on fossil fuels with a higher efficiency and also much cleaner. These considerations remain topical today more than ever. The will of legislator to ensure environmental compliance has forced the auto industry to focus on other alternate cleaner source of energy or other than hydrocarbons and also on engine optimization of our vehicles. While we await the generalization of even cleaner vehicles (hydrogen fueled engines, fuel cell, electric vehicle ... etc.), engines fueled by substitute fuels represent an interesting alternative to those operating on conventional fuels (gasoline and diesel). The objective of this thesis is to evaluate the potential of natural gas and hydrogen in pure form or mixed with other fuels, in internal combustion engines, as well as the potential of the external combustion engine. The research topic addressed in this paper marks the beginning of a collaboration between three research teams from three universities: the Université du Québec à TroisRivières, Canada, the National Technical University “Kharkov Polytechnic Institute”, Ukraine and Kharkov National Automobile and Highway University, Ukraine. During my first training course held at the Kharkov Polytechnic Institute, the research focused on the use of pure hydrogen in internal combustion engines and the development of an optimization model for an external combustion engine. A mathematical model of the combustion-expansion phase in a hydrogen fueled engine was developed and tests on a new concept of external combustion engine were carried out. In the second training course, which was held at the Ukraine and Kharkov National Automobile and Highway University, engine experimental aspect was the guideline parallel to the first training course. Thus, tests and calculations were carried out for an engine running on pure natural gas and another fueled by a mixture natural gas / hydrogen. A method of calculation of the equilibrium composition of the combustion products of the gas engine using the Zeldovitch-Polarny method was developed and compared with the experimental data. Experimental tests of a gas engine converted from a diesel engine have been carried out and a mathematical model based on the Wiebe model with the accurate calculation of the parameter of burning m was developed. We also carried out tests on a natural gas engine with constant addition of hydrogen and developed maps for the management system with microprocessor of the same engine. An analytical approach based on the Wiebe model was developed and tests on a small engine running on a mixture of compressed natural gas and hydrogen has been achieved. This thesis is the fruit of works resulting from this partnership and it is the foundation of a promising research axis which will certainly be continued in the future.